georesГеоресурсыGeoresources1608-50431608-5078Georesursy LLC10.18599/grs.2025.3.14geores-337Research ArticleГЕОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ И ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯGEOLOGICAL, GEOCHEMICAL AND GEOPHYSICAL RESEARCHПрименение метода отраженных электромагнитных волн для изучения криогидрогеологических условийApplication of the method of reflected electromagnetic waves to study cryohydrogeological conditionshttps://orcid.org/0000-0002-3883-5965ГулевичО. А.GulevichO. A.

Оксана Александровна Гулевич – кандидат физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник

108840, Москва, Калужское ш., д. 4

Oksana A. Gulevich – Cand. Sci. (Physics and Mathematics), Leading Researcher

4 Kaluzhskoe sh., Moscow, 108840

oxana.gulevich@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7474-1053ВолкомирскаяЛ. Б.VolkomirskayaL. B.

Людмила Борисовна Волкомирская – кандидат физ.- мат. наук, зав. лабораторией

108840, Москва, Калужское ш., д. 4

Liudmila B. Volkomirskaya – Cand. Sci. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory

4 Kaluzhskoe sh., Moscow, 108840

mila.48@inbox.ruhttps://orcid.org/0009-0004-0774-8051КайгородовЕ. П.KaygorodovE. P.

Евгений Петрович Кайгородов – зав. лабораторией

625026, Тюмень, ул. Малыгина, д. 75

Eugene P. Kaygorodov – Head of the Laboratory

75 Malygina st., Tyumen, 625026

epk1967kj@yandex.ruСанинС. С.SaninS. S.

Сергей Сергеевич Санин – директор департамента геологоразведочных работ

664007, Иркутск, пр. Большой Литейный, д. 4

Sergey S. Sanin – Director of the Department of Geological Exploration Works

4 Bolshoy Liteiny Prospekt, Irkutsk, 664007

Sanin_SS@irkutskoil.ruИнститут земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАНРоссияPushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, Russian Academy of Sciences (IZMIRAN)Russian FederationНаучно-aналитический центр рационального недропользования им. В.И. ШпильманаРоссияShpilman Research and Analytical Centre for the Rational Use of the SubsoilRussian FederationООО «ИНК»РоссияIrkutsk Oil Company LLCRussian Federation202527092025273130138Copyright © Гулевич О.А., Волкомирская Л.Б., Кайгородов Е.П., Санин С.С., 20252025Гулевич О.А., Волкомирская Л.Б., Кайгородов Е.П., Санин С.С.Gulevich O.A., Volkomirskaya L.B., Kaygorodov E.P., Sanin S.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.geors.ru/jour/article/view/337

Представлено петрофизическое обоснование применения метода отраженных электромагнитных волн (МОЭМВ) для дифференциации геологического разреза по электрическим свойствам, в том числе в целях исследования криолитозоны и изучения внутримерзлотных и подмерзлотных вод. Произведен анализ результатов экспериментальных работ МОЭМВ на территории нефтегазового участка недр на территории Республики Саха (Якутия) в 2023 г., включая исследование полученного распределения интервальной скорости электромагнитного сигнала с глубиной по ряду измерений. Представлен результат обработки данных в виде «виртуальной скважины» – вертикального распределения удельного электрического сопротивления с детальностью 2–5 м по глубине. Достоверность результатов МОЭМВ подтверждается их устойчивым соответствием по всем произведенным измерениям и геологической информации на глубинах не менее 500 м, в частности характеру залегания мерзлых пород и положению водонасыщенных пород. Показаны преимущества МОЭМВ такие как: чувствительность исследуемого параметра (скорости электромагнитного сигнала) к изменению физических свойств горных пород, повышенная детальность и необязательность наличия априорной геолого-геофизической информации для проведения количественной интерпретации данных измерений.

The article presents a petrophysical justification for using the method of reflected electromagnetic waves (electromagnetic common depth point method (ECDP)) to differentiate geological sections by electrical properties, including the study of cryolithozones, as well as permafrost and sub-permafrost waters. An analysis of the results of the ECDP experimental work on the territory of an oil and gas field in the Republic of Sakha (Yakutia) in 2023 was carried out, including a study of the obtained distribution of the interval velocity of the electromagnetic signal with depth in a number of measurements. The result of data processing is presented in the form of a “virtual well” – a vertical distribution of specific electrical resistivity with a resolution of 2–5 m in depth. The reliability of the ECDP results is confirmed by their stable correspondence with all measured data and geological information from depths of at least 500 m, in particular, the nature of frozen rock occurrence and the position of watersaturated rocks. The advantages of the ECDP are shown, such as sensitivity of the parameter under study (the velocity of the electromagnetic signal) to changes in the physical properties of rocks, increased detail, and the non-requirement of a priori geological and geophysical information for quantitative interpretation of measurement data.

глубинная георадиолокацияметод отраженных электромагнитных волнудельное электрическое сопротивлениемерзлотакриолитозонаводоснабжениепоиск подземных водdeep GPRmethod of reflected electromagnetic waveselectromagnetic CDPspecific electrical resistancepermafrostcryolithozone water supplysearch for underground watersРабота выполнена в рамках государственного задания Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН.The work was carried out within the framework of the state assignment of the Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, Russian Academy of Sciences.ReferencesАлексеев С.В. (2009). Криогидрогеологические системы Якутской алмазоносной провинции. Науч. ред. Е.В. Скляров. Новосибирск: Гео, 319 с.Alekseev S.V. (2009). Cryohydrogeological systems of the Yakutsk diamondiferous province. Novosibirsk: Geo, 319 p. (In Russ.)Альпин Л.М., Даев Д.С., Каринский А.Д. (1985) Теория полей, применяемых в разведочной геофизике. М.: Недра, 407 с.Alpin L.M., Dayev D.S., Karinsky A.D. (1985). Theory of fields employed in geophysical prospecting. Moscow: Nedra, 407 p. (In Russ.)Дортман, Н.Б. (1984). Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофизика). Справочник геофизика. М.: Недра, 455 с.Baker G., Jordan T., Pardy J. (2007). An introduction to ground penetrating radar (GPR). Geological Society of America Special Papers, 432, pp. 1–18. https://doi.org/10.1130/2007.2432(01)Захаренко В.Н., Краковецкий Ю.К., Парначев В.П., Попов Л.Н. (2012). Об электропроводности многолетнемерзлых горных пород. Вестник Томского государственного университета, 359, с. 182–187.Buddo I.V., Shelokhov I.A., Misyurkeeva N.V., Agafonov Y.А. (2021). Transient electromagnetic sounding in 2D, 3D, and 4D modes: sequence of geological exploration activities. Geodynamics & Tectonophysics, 12(3s), pp. 715–730. https://doi.org/10.5800/GT-2021-12-3s-0549Зыков Ю.Д. (2007). Геофизические методы исследования криолитозоны. М.: Изд-во Моск. ун-та, 272 с.Dolgikh Y. N., Volkomirskaya L.B., Kaygorodov E.P., Sanin S.S., Kuznetsov V.I., Gulevich O.A., Reznikov A.E., Varenkov V.V. (2021). The reflected electromagnetic wave CDP method (ECDP) testing results and possibilities for the future oil and gas exploration. Proceedings of the conference “Tyumen 2021”, March 2021, pp. 1–6. https://doi.org/10.3997/2214-4609.202150007Кильпио Е.Ю., Щербаков И.А. (2022) О научных результатах в области физических наук, полученных в 2020-2021 гг. Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, с. 3–33. https://doi.org/10.31857/S2686740022070069Dortman, N.B. (1984). Physical properties of rocks and minerals (petrophysics). Moscow: Nedra, 455 p. (In Russ.)Мельникановицкий И.М., Ряполова В.А., Хордикайнен М.А. (1982). Методика геофизических исследований при поисках и разведке месторождений пресных вод. Под ред. А.А. Огильви. М.: Недра, 239 с.Doyoro, Y.G., Chang, PY., Puntu, J.M., Lin DJ., Huu T.V., Rahmalia D.A., Shie MS. (2022). A review of open software resources in python for electrical resistivity modelling. Geoscience Letters, 9, 3. https://doi.org/10.1186/s40562-022-00214-1Оцимик А.А., Буддо И.В. (2023). Изучение криогидрогеологических условий с помощью электромагнитных исследований методом малоглубинных зондирований становлением поля в ближней зоне на примере западной части Якутского артезианского бассейна. Науки о Земле и недропользование, 46(2), с. 160–181. https://doi.org/10.21285/2686-9993-2023-46-2-160-181Electrical Prospecting: A Manual on Electrical Prospecting Practice for Students of Geophysical Specialties (2005). Edited by Prof. V.K. Khmelevsky, I.N. Modin, A.G. Yakovlev. Moscow, 311 p. (In Russ.)Фролов А.Д. (1998). Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов, Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 515 с.Farzaneh M., Fofana I., Hemmatjou H. (2004). Electrical properties of snow. Annual Report - Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, CEIDP, pp. 611–614.Хмелевской В.К., Шевнин В.А., Модин И.Н., Яковлев А.Г. (1992). Электрическое зондирование геологической среды. Часть 2. Интерпретация и практическое применение. М.: МГУ, 200 с.Frolov A.D. (2005). Electric and elastic properties of frozen earth materials. Second revised edition. Pushchino: ONTI PSC RAS, 607 p. (In Russ.)Хмелевской В.К. (1999). Геофизические методы исследования земной коры. Книга 2. Региональная, разведочная, инженерная и экологическая геофизика. Дубна: Международный университет природы, общества и человека «Дубна», 184 с.Glen, J. W., Paren, J. G. (1975). The Electrical Properties of Snow and Ice. Journal of Glaciology, 15(73), pp. 15–38, https://doi.org/10.3189/S0022143000034249Электроразведка: пособие по электроразведочной практике для студентов геофизических специальностей (2005). Под ред. проф. В.К. Хмелевского, И.Н. Модина, А.Г. Яковлева. М., 311 с.Hou D., Wang X., Zou J. (2020). Inversion of soil resistivity by using CSAMT method. IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application (ICHVE), Beijing, China, pp. 1–4. https://doi.org/10.1109/ICHVE49031.2020.9279948Baker G., Jordan T., Pardy J. (2007). An introduction to ground penetrating radar (GPR). Geological Society of America Special Papers, 432, pp. 1–18. https://doi.org/10.1130/2007.2432(01)Khmelevskoy V.K., Shevnin V.A., Modin I.N., Yakovlev A.G. (1992). Electrical sounding of the geological environment. Part 2. Interpretation and practical application. Moscow: Moscow State University, 200 p. (In Russ.)Buddo I.V., Shelokhov I.A., Misyurkeeva N.V., Agafonov Y.А. (2021). Transient electromagnetic sounding in 2D, 3D, and 4D modes: sequence of geological exploration activities. Geodynamics & Tectonophysics, 12(3s), pp. 715–730. https://doi.org/10.5800/GT-2021-12-3s-0549Khmelevskoy V.K. (1999). Geophysical Methods of the Earth’s Crust Studies. Book 2. Regional, exploration, engineering and ecological geophysics. Dubna: International University of Nature, Society and Man “Dubna”, 184 p. (In Russ.)Dolgikh Y. N., Volkomirskaya L.B., Kaygorodov E.P., Sanin S.S., Kuznetsov V.I., Gulevich O.A., Reznikov A.E., Varenkov V.V. (2021). The reflected electromagnetic wave CDP method (ECDP) testing results and possibilities for the future oil and gas exploration. Proceedings of the conference «Tyumen 2021», March 2021, pp. 1–6. https://doi.org/10.3997/2214-4609.202150007Kilpio E.Yu., Shcherbakov I.A. (2022). On the results in physics obtained in 2020-2021. Doklady Physics, 506, 2, pp. 3–33. https://doi.org/10.31857/S2686740022070069Doyoro, Y.G., Chang, PY., Puntu, J.M., Lin DJ., Huu T.V., Rahmalia D.A., Shie MS. (2022). A review of open software resources in python for electrical resistivity modelling. Geoscience Letters, 9, 3. https://doi.org/10.1186/s40562-022-00214-1Melnikanovitskii I.M., Ryapolova V.A., Khordikainen M.A. (1982) Methods of geophysical research in prospecting and exploration of fresh water deposits. Moscow: Nedra, 239 p. (In Russ.).Farzaneh M., Fofana I., Hemmatjou H. (2004). Electrical properties of snow. Annual Report - Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, CEIDP, pp. 611–614.Olayinka A., Yaramanci U. (2010). Assessment of the reliability of 2D inversion of apparent resistivity data. Geophysical Prospecting, 48, pp. 293–316. https://doi.org/10.1046/j.1365-2478.2000.00173.xGlen, J. W., Paren, J. G. (1975). The Electrical Properties of Snow and Ice. Journal of Glaciology, 15(73), pp. 15–38, https://doi.org/10.3189/S0022143000034249Otsimik A.A., Buddo I.V. (2023). Cryohydrogeological settings appraisal by shallow near-field TEM sounding: a case study of the western part of the Yakut artesian basin. Earth sciences and subsoil use, 46(2), pp. 160–181. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2686-9993-2023-46-2-160-181Hou D., Wang X., Zou J. (2020). Inversion of soil resistivity by using CSAMT method. IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application (ICHVE), Beijing, China, pp. 1–4. https://doi.org/10.1109/ICHVE49031.2020.9279948Wu Z., Liu Sh. (2013). Imaging the debris internal structure and estimating the effect of debris layer on ablation of Glacier ice. Journal of the Geological Society of India, 80. https://doi.org/10.1007/s12594-012-0211-zOlayinka A., Yaramanci U. (2010) Assessment of the reliability of 2D inversion of apparent resistivity data. Geophysical Prospecting, 48, pp. 293–316. https://doi.org/10.1046/j.1365-2478.2000.00173.xZakharenko V.N., Krakovetskiy Yu.K., Parnachev V.P., Popov L.N. (2012). On the electrical conductivity of permafrost rocks. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta, 359, pp. 182–187, (In Russ.)Wu Z., Liu Sh. (2013). Imaging the debris internal structure and estimating the effect of debris layer on ablation of Glacier ice. Journal of the Geological Society of India, 80. https://doi.org/10.1007/s12594-012-0211-zZykov Yu.D. (2007). Geophysical Methods for Permafrost Studies. Moscow: Publishing House of Moscow University, 272 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.